黃婷華，董蘭娟，徐 甜，樊樹海，方葉祥

(南京工業(yè)大學 工業(yè)工程系，南京 210009)

0 引言

SMED (Single Minute Exchange of Die)，即單分鐘內(nèi)換模法或快速換型，是豐田公司為縮短生產(chǎn)提前期發(fā)明并采用的設備快速換型調(diào)整方法［1-2］。作為企業(yè)生產(chǎn)的精益技術之一，SMED 能有效地實現(xiàn)“多品種，小批量”生產(chǎn)方式［3］，靈活應對生產(chǎn)計劃的變動，滿足客戶的多樣化需求。然而，由于技術的欠缺以及換型人員概念的模糊，設備實際的換型時間需要幾十分鐘或是更久。

對此，六西格瑪管理作為一種系統(tǒng)性、定量化的持續(xù)改善模式，能夠以數(shù)據(jù)為基礎，對企業(yè)的精益技術進行量化分析，識別過程缺陷，縮短設備的換型時間［4-5］。

然而，企業(yè)日常的生產(chǎn)數(shù)據(jù)內(nèi)容多，更新快，單純利用統(tǒng)計軟件對過程進行分析并不能保證數(shù)據(jù)的實時性和結果的有效性，因此本文提出Minitab/DDE(Dynamic Data Exchange，動態(tài)數(shù)據(jù)交換)的六西格瑪管理集成體系方案與數(shù)據(jù)庫建立動態(tài)鏈接，可以有效地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時共享，支持項目分析，從而提高企業(yè)在交貨期和多品種方面的競爭優(yōu)勢。

1 集成體系總體框架

圖1 集成體系總體框架

基于Minitab/DDE 的六西格瑪管理集成體系主要以六西格瑪改善模式的五個階段DMAIC(界定、測量、分析、改進、控制)為核心，底層輔以統(tǒng)計軟件Minitab創(chuàng)建DDE 鏈接訪問實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)支持過程分析，頂層將其應用于設備的快速換型等項目，從而形成一個六西格瑪管理的持續(xù)改善系統(tǒng)，如圖1 所示。

具體過程為:

(1)通過創(chuàng)建DDE 鏈接Minitab 可以和任何同樣具有DDE 功能的外部程序共享信息。在Minitab 中選擇“編輯—工作表鏈接—管理鏈接”，添加新鏈接，輸入應用、主題、項目等項，各項輸入規(guī)則如表1 所示，即可實現(xiàn)與Excel 等DDE 容器的實時動態(tài)數(shù)據(jù)傳輸，支持六西格瑪管理過程分析。

表1 Minitab 創(chuàng)建DDE 鏈接的輸入規(guī)則

(2)不同于傳統(tǒng)解決問題的方法“界定—改進”，六西格瑪管理有一整套完備的改善體系，即界定關鍵問題，保證測量系統(tǒng)有效，分析缺陷原因，確定改進方案，以及效果的驗證與維持。因此，將其應用于設備的快速換型改善項目中，能有效地識別問題所在，縮短換型時間，實現(xiàn)持續(xù)改進。

2 Minitab/DDE 六西格瑪管理體系設計

本文提出了基于Minitab/DDE 的集成體系，對某電機制造工廠關鍵線體進行了六西格瑪管理體系設計，通過Minitab 的DDE 功能訪問生產(chǎn)數(shù)據(jù)，支持過程分析，以縮短換型時間，降低生產(chǎn)成本。

2.1 Define-界定階段

創(chuàng)建Minitab/DDE 鏈接(圖2a)，訪問生產(chǎn)日報表，收集2013 年上半年各產(chǎn)線的換型數(shù)據(jù)(圖2b)。其中，車床的換型時間最長，選定其為本六西格瑪項目的研究對象。

圖2 換型時間的Minitab/DDE 鏈接

在電機生產(chǎn)中，車床用來車削AS(上)和BS(下)端蓋的軸承孔以及對角線上的四個定位孔，主要涉及串激電機(UM)和無刷電機(BLDC)之間的換型。本文以AS 端蓋由UM 到BLDC 的換型為例(圖3)。

圖3 UM/BLDC 電機的AS 端蓋示意圖

2.2 Measure-量測階段

在此六西格瑪項目中，涉及到測量的有兩點，一是換型時間的測量;二是端蓋質量特性的測量。前者由測量人員用秒表掐算，準確度較高;后者考慮到儀器的復雜性，需要進行測量系統(tǒng)的分析。AS 端蓋的測量儀器有圓度儀、高度尺、三座標等，其中三座標作為一種通用的檢測儀器，能夠滿足端蓋絕大多數(shù)質量特性的測量需要，因而本例對三座標進行分析。

選取AS 端蓋的關鍵質量特性“軸承孔到對角線的車削深度”為測量對象，由3 名質檢員分別對20 個不同的端蓋各測2 次，進行量具的重復性和再現(xiàn)性(Repeatability ＆ Reproducibility)分析(圖4)。

圖4 三座標的測量系統(tǒng)分析

根據(jù)Minitab 對三座標的重復性和再現(xiàn)性分析，表明該量具可被接受，具體為:

(1)“部件間”的方差分量貢獻率(96.03%)大于“合計量具R＆R”的貢獻率(3.97%)，且均值-極差控制圖的點大多在控制限外，說明變異主要源于部件間的差異，操作員間差異較小;

(2)“合計量具R＆R”的“%研究變異”(19.94%)在10%～30%之間，處于臨界狀態(tài)，量具有改進的空間?？紤]到本例的三座標只是為了測量換型后零件質量特性的合格情況，故接受該量具;

(3)“可區(qū)分的類別數(shù)”(6)大于5，說明測量系統(tǒng)可識別6 個可區(qū)分類別，量具的分辨力較佳。

2.3 Analyze-分析階段

AS 端蓋由UM 到BLDC 的某次換型時間和流程大致為:

(1)前期準備，4min;

(2)換工裝，20.9min;

(3)校驗軸承孔刀，28.6min;

(4)車削試件，36.4min;

(5)質量部檢測，22min;

總計111.9min。其中，由于前期換型、校驗的問題導致了較長的調(diào)試時間，并產(chǎn)生了11 件廢品?？梢哉f，車床的換型完全不符合快速換型的要求，相反在某種程度上還給電機的生產(chǎn)帶來了不利影響。

該六西格瑪項目小組成員(包括換型人員、車間主任、工藝工程師、設備工程師、質量工程師以及持續(xù)改善部門的項目負責人)結合頭腦風暴和FMEA 方法［6］(失效模式和效應分析)，從5M1E(人、機、料、法、環(huán)、測)六個方面展開，分析各階段可能影響AS 車床換型的問題原因(見表2)。

?

2.4 Improve-改進階段

根據(jù)分析階段的結果，項目小組分別制定了不同的改進對策(如表2“建議措施”列所示)。其中，“√”表示改進對策可取，“○”表示為關鍵因素，需進一步確定對策的有效性。故本節(jié)針對上述換型、校準和調(diào)試階段四個打“○”的改進對策進行試驗設計，以確定其真實可行。

各因子水平分別為:

A 因子—根據(jù)流程，分配不同的換型動作。

A1:拆裝2 個夾爪(換型人員X)，拆裝1 個夾爪(換型人員Y)，拆UM 底座(Y)，裝BLDC 底座(X)，拆UM 刀架(X)，裝BLDC 刀架(X);

A2:拆裝2 個夾爪(X)，拆UM 刀架(Y)，裝BLDC刀架(X)，拆裝1 個夾爪(Y)，拆UM 底座(Y)，裝BLDC 底座(Y)。

B 因子—扳手選擇。B1:采用多功能扳手;B2:不采用多功能扳手。

C 因子—采用媒介工具改進工裝。C1:借助MAHR 表定位;C2:保持原有工裝。(若改進有效，既可以解決定位不佳問題，又能提高端蓋合格率)。

對其進行穩(wěn)健參數(shù)設計，響應變量為望小型，即期望設備的換型時間越短越好。由于試驗次數(shù)的限制，內(nèi)設計控制表選取二水平三因子，外設計采用最不利綜合誤差因子法(綜合誤差因子分別取標準條件和正側最壞條件兩種水平)。

通過Minitab 創(chuàng)建田口設計，進行試驗。對試驗結果進行分析，得到信噪比和響應變量均值的主效應圖(圖5)。

圖5 換型時間試驗的信噪比和均值主效應圖

由于該響應變量為望小特性，則信噪比越大越好，均值越小越好，得到的最佳搭配為A2B1C1，即采用第二種換型流程，增加多功能扳手，并借助MAHR 表進行定位校準。除此之外，通過Minitab 的“預測田口結果”功能可以對該設計的結果進行預測，本例的預測均值為49.3min，較記錄顯示的108.2min 有明顯的改善。

2.5 Control-控制階段

控制階段對項目改進成果的維持至關重要，它除了需要將改進過程進行標準化和文件化，更需要建立一個長期的過程控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)改進的持續(xù)性。這時Minitab 的DDE 功能更能發(fā)揮其作用，幫助我們進行實時的追蹤，識別并指導二次改進。

同樣，通過添加新鏈接的方式創(chuàng)建DDE 鏈接，會話命令如圖6a 所示，訪問最近一個月的40 次換型記錄，將其分為10 組，子組大小為4，繪制均值—標準差(Xbar-s)控制圖(圖6b)。

圖6 Minitab/DDE 鏈接

圖中各點排列隨機且都在界內(nèi)，均值為47. 89(min)，可以認定這10 組換型記錄處于統(tǒng)計控制狀態(tài)，換型時間減少并保持穩(wěn)定，根據(jù)后期技術的進步可作進一步改善。如出現(xiàn)點出界或排列非隨機情況，則有必要分析異常原因，改進后重新繪制控制圖，判斷過程是否受控。

3 實施效果分析

通過該六西格瑪項目控制階段的結果可知，項目實施一個月以來AS 車床平均換型時間減少至47.89min，達到Minitab 預測的換型均時49.3min，可以認為該項目的實施有效且在控制范圍內(nèi)。它為企業(yè)帶來的年收益為:

(1)根據(jù)項目改善前AS 車床的平均換型時間108.2min 和改善后的理論均時49.3min，得出項目的實施能使其換型時間減少約55%(60min/次)。

按平均日換型1.5 次記，平均日生產(chǎn)時間可增加約90min。再根據(jù)AS 車床生產(chǎn)端蓋的節(jié)拍時間33s，計算得出日產(chǎn)量約增加160 件，換算到年產(chǎn)量約增加58400 件(年工作日約記為300 天)。

(2)通過項目的實施，換型過程減少了大量的調(diào)試和校準，改進后的調(diào)試不良品約1～2 件，較改進前至少減少8 件，折算到年不良品則減少約3600 件(年工作日記300 天，日平均換型記1.5 次)。

傳統(tǒng)六西格瑪項目分析出于技術難易度考慮，多以基于訪問單部門的靜態(tài)數(shù)據(jù)為主，一方面不能保證分析的實時性，另一方面也不能很好地將實施效果進行多元綜合比較分析。而基于Minitab/DDE 的集成體系能夠支持企業(yè)更為方便地訪問多元跨部門實時數(shù)據(jù)，只需在計算機實現(xiàn)網(wǎng)絡共享的基礎上，如在一個客戶端訪問某產(chǎn)品各相關部門的數(shù)據(jù)進行整合，或將實時動態(tài)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)比較等，以此進行橫向(部門間)和縱向(改善前/后)的分析，實現(xiàn)持續(xù)改善。

4 結束語

六西格瑪項目的實施不僅能改善企業(yè)的生產(chǎn)運營，獲得財務收益，從長遠角度看，更能提高企業(yè)各個層面的競爭力。

本文提出了Minitab/DDE 集成體系，對某電機制造工廠關鍵線體進行了六西格瑪管理系統(tǒng)設計，該系統(tǒng)支持實時交互式訪問生產(chǎn)數(shù)據(jù)，支持過程分析，以縮短換型時間，降低生產(chǎn)成本。

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